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TIC
Les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'un objet, d'un processus ou d'un système qui peuvent être utilisées pour effectuer des simulations afin d'optimiser l'efficacité. Les villes peuvent les utiliser pour planifier les systèmes de transport, se préparer aux catastrophes naturelles et identifier les emplacements optimaux pour l'installation de panneaux solaires.
Industrie, innovation et infrastructure
Villes et communautés durables
Action pour le climat
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Description
Les jumeaux numériques sont de plus en plus utilisés pour soutenir les processus de planification urbaine - en visualisant les données urbaines, en présentant des scénarios futurs et bien d'autres cas d'utilisation. En général, les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'un objet, d'un processus ou d'un système qui peuvent être utilisées pour effectuer des simulations afin d'optimiser l'efficacité et d'examiner des scénarios de simulation. La technologie a été principalement utilisée pour la fabrication afin de tester les produits (par exemple, en 2018, GE disposait de 1,2 million de jumeaux numériques pour 300 000 types d'actifs), mais elle s'étend rapidement aux bâtiments, aux chaînes d'approvisionnement et à des villes entières à mesure que la technologie de planification numérique progresse(Castro, 2019). L'intégration des données de l'internet des objets (IdO) avec les capacités de modélisation avancées de technologies telles que les systèmes d'information géospatiale (SIG), la réalité virtuelle et augmentée (VR/AR) et la modélisation des informations sur les bâtiments (BIM) permet aux gouvernements et à l'industrie de créer des prédictions sur la façon dont les systèmes réagiront et répondront aux données du monde réel. La création d'une boucle de rétroaction entre le monde virtuel et le monde réel se traduit par des améliorations substantielles des processus et des impacts, avec des gains de temps et des avantages financiers.
Le concept de jumeaux numériques n'est pas nouveau ; par exemple, la NASA effectue des simulations de vaisseaux spatiaux depuis des décennies, mais la croissance rapide des capteurs et des points finaux connectés avec l'essor de l'IdO et les progrès de l'intelligence artificielle ont ouvert une myriade de possibilités pour l'outil de planification et d'analyse. Les utilisations potentielles des jumeaux numériques sont encore en cours d'imagination. Les villes utilisent actuellement les jumeaux numériques pour planifier les systèmes de transport, se préparer aux catastrophes naturelles et identifier les emplacements optimaux pour l'installation de panneaux solaires. Les utilisations futures pourraient inclure la prédiction de la propagation d'une maladie et l'information sur les fermetures optimales et les réservations d'hôpitaux, ou l'utilisation de l'outil pour faciliter les collaborations avec d'autres villes qui ont des problèmes communs et des objectifs mutuels.
Problèmes à résoudre :
Faciliter la prise de décisions complexes
Permettre une planification urbaine plus efficace
Permettre une mise en œuvre et un suivi plus efficaces des projets
Améliorer la préparation aux situations d'urgence
Faciliter la compréhension des données urbaines
Avantages
Les avantages montrent de manière tangible comment la mise en œuvre d'une solution peut améliorer la ville ou le lieu.
L'objectif principal de Digital Twins est de faciliter les processus de planification urbaine, d'utiliser les données et d'accroître la transparence. En outre, la solution permet d'obtenir les avantages énumérés ci-dessous. Alors que certains avantages sont susceptibles d'être atteints avec une mise en œuvre de base de la solution, la réalisation des avantages potentiels dépend des fonctions mises en œuvre dans un projet spécifique.
Principaux avantages
Analyse améliorée des données
Faciliter l'engagement des citoyens
Améliorer l'efficacité du personnel
Améliorer la qualité de vie
Amélioration de la collecte de données
Avantages potentiels
Transparence accrue des données
Amélioration de la collecte de données
Intégration efficace des énergies renouvelables
Fonctions
Les fonctions t'aident à comprendre ce que les produits peuvent faire pour toi et lesquels t'aideront à atteindre tes objectifs.
Chaque solution a au moins une fonction obligatoire, qui est nécessaire pour atteindre l'objectif de base de la solution, et plusieurs fonctions supplémentaires, qui sont des caractéristiques qui peuvent être ajoutées pour fournir des avantages supplémentaires.
Fonctions obligatoires
Connecter avec des données sur la ville
l'accès à des données (provenant par exemple de capteurs) sur les différentes composantes d'une ville
Simuler processus
utiliser des données en temps réel pour créer des simulations permettant de prédire les performances d'un produit ou d'un processus
Fournir des informations pour optimiser les processus
fournir aux décideurs des informations sur la manière d'optimiser les produits ou les processus simulés
Fonctions potentielles
Préparer pour les situations d'urgence
Simuler une intervention en cas de catastrophe pour mieux se préparer
Communiquer aux parties prenantes
caractéristiques permettant la participation des citoyens et la collaboration des parties prenantes
Produits offrant ces fonctions
Jumelage numérique pour PEDS
Ce jumeau virtuel se concentre sur toutes les demandes d'énergie (électricité, chauffage urbain) et sur la production d'électricité sur site à partir de l'énergie photovoltaïque.
Simulation d'énergie de quartier basée sur CityGML
La combinaison des informations géographiques et des informations sur les bâtiments avec la simulation énergétique permet de quantifier les indicateurs liés à l'énergie ainsi que d'autres indicateurs potentiels pour les quartiers des villes.
Une variante est généralement quelque chose qui est légèrement différent d'autres choses similaires. Dans le contexte des solutions, les variantes sont des options différentes ou éventuellement des sous-domaines/branches par lesquels la solution peut être mise en œuvre, par exemple des options technologiques différentes.
Les jumeaux numériques couvrent un large éventail d'applications et les catégories bien établies peuvent ne pas englober tous les aspects de chaque adoption de la technologie. Les catégories suivantes ont été identifiées par le High Value Manufacturing Catapult Visualisation and VR Forum (2018).
Description
La forme la plus simple de jumeau numérique, cette variante affiche l'état réel d'un bien physique ou d'un processus à des observateurs humains. La valeur ajoutée réside dans la capacité d'une ville à faire agir les gens sur la base des informations fournies. Par exemple, une ville pourrait avoir un jumeau numérique qui suit l'état des rues et des routes, en informant les observateurs lorsque l'état nécessite des travaux d'entretien.
Description
Les jumeaux numériques interactifs prennent le contrôle d'au moins un aspect de l'actif physique ou du processus afin d'obtenir de meilleures performances, soit à partir d'une surveillance interne, soit à partir d'une analyse plus complexe. Par exemple, les thermostats des logements sociaux signalent lorsque la température est supérieure ou inférieure à un certain seuil, ce qui déclenche des réponses automatiques pour ajuster la quantité de chaleur produite par le système de chauffage.
Description
Il s'agit du type de jumeau numérique le plus complexe. Les jumeaux numériques prédictifs surveillent les informations d'état au fil du temps afin de fournir des informations supplémentaires telles que des recommandations et/ou des avertissements à des observateurs humains et/ou à d'autres systèmes numériques. Par exemple, pour développer l'exemple du système de surveillance des rues de la variante "surveillance", le système pourrait prédire quand les rues auront besoin d'être entretenues sur la base de l'importance du trafic dans les rues. La différence est que dans l'exemple de surveillance, la ville doit se fier à sa propre interprétation de l'état des rues, alors que dans le cas du système prédictif, la ville est directement informée du moment où l'état des rues nécessitera un entretien, sur la base d'informations qui n'étaient pas disponibles dans le cas de la surveillance. Cela réduit la part de jugement humain nécessaire.
Contexte de la ville
Quels sont les facteurs de soutien et les caractéristiques d'une ville pour lesquels cette solution est adaptée ? Quels sont les facteurs qui faciliteraient la mise en œuvre ?
Les jumeaux numériques sont pris en charge par des villes dotées de :
des capteurs IoT intégrés dans les services de base de la ville
Des niveaux élevés de connectivité et de données utilisables
Système d'information géographique en place
Facteurs de soutien
Les jumeaux numériques des villes intelligentes sont une nouvelle application de plusieurs technologies qui doivent être interopérables et très performantes. Une équipe compétente et innovante, ayant une connaissance approfondie du fonctionnement de ces technologies et de leurs données, aidera une ville à tirer le meilleur parti de son jumeau numérique. Voici un bref aperçu de certaines des technologies intégrées dans les jumeaux numériques :
Systèmes d'information géospatiale : Technologie centrale de modélisation spatiale du jumeau numérique d'une ville, le SIG relie différents types de données géospatiales pour créer une vue unique et fournir des analyses avancées du système.
Modélisation de l'information sur les bâtiments : Lorsqu'il est intégré au SIG, le BIM fournit un riche ensemble de données pour l'environnement bâti afin de créer des modèles plus précis. Les données en temps réel nécessitent une interopérabilité avec l'internet des objets.
Réalité augmentée ou virtuelle : Améliore la perception réelle des jumeaux numériques. Elle peut être particulièrement utile dans les processus collaboratifs et participatifs de la planification urbaine.
Cartographie des parties prenantes
Quelles sont les parties prenantes à prendre en compte (et comment) dans la planification et la mise en œuvre de cette solution ?
Carte des acteurs d'un jumeau numérique urbain (BABLE, 2021)
Potentiel du marché
Quelle est la taille du marché potentiel pour cette solution ? Des objectifs européens soutiennent-ils la mise en œuvre de la solution ? Comment le marché s'est-il développé au fil du temps et plus récemment ?
Toutes industries confondues, la taille du marché mondial des jumeaux numériques a été évaluée à 3,1 milliards USD en 2020, avec un taux de croissance annuel moyen de 58 % jusqu'en 2026, date à laquelle il devrait atteindre 48,2 milliards USD. La réponse à la pandémie de COVID-19 devrait être un moteur majeur de la croissance du marché des jumeaux numériques, en particulier dans les secteurs des soins de santé et des produits pharmaceutiques, ainsi que pour les villes afin de mieux surveiller les épidémies et de répondre aux changements dans la vie quotidienne apportés par la pandémie(Markets&Markets, 2020).
Structure des coûts
Les jumeaux numériques au niveau de la ville sont encore une technologie naissante et les structures de coûts varieront considérablement en fonction du degré d'avancement du logiciel et du matériel dans lesquels la ville décide d'investir. Par exemple, Virtual Singapore disposait d'un budget de 73 millions de dollars pour développer sa plateforme de jumeaux numériques et pour étudier les outils et les technologies nécessaires(NRF, 2020).
La création de cette solution a été soutenue par un financement de l'UE.
Cas Pratique
Découvrez des exemples concrets de mise en œuvre de cette solution.
TIC
Bâtiment
Un jumeau numérique photoréaliste pour visualiser le développement urbain
L'objectif était de visualiser une future extension d'école de la manière la plus immersive et photoréaliste possible afin de la partager avec la communauté locale.
TWIN4ROAD@Essen : Analyse et prévisions basées sur l'IA
Dans les années à venir, la ville d'Essen s'appuiera sur l'intelligence artificielle (IA) pour l'évaluation des dommages subis par les routes. Sous le nom de TWIN4ROAD, l'Office de la géoinformation, de la topographie et du cadastre, en collaboration avec Point Cloud Technology, HPI Potsdam et Straßen.NRW, a lancé un projet de recherche d'une durée de trois ans.
Améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments grâce à l'IA
PTC a identifié des domaines d'amélioration pour la gestion des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation de deux bâtiments. Nous avons effectué une analyse de la performance énergétique des bâtiments en utilisant des techniques d'intelligence artificielle afin de prédire avec précision les besoins énergétiques de ces bâtiments et de réduire leur inefficacité énergétique.
Planification des districts assistée par la simulation énergétique
Les modèles urbains en 3D contiennent de nombreuses données sur les bâtiments. Ces informations peuvent être utilisées pour effectuer des simulations énergétiques de bâtiments et d'îlots et évaluer différents scénarios d'amélioration pour atteindre la positivité énergétique des îlots urbains. La visualisation des résultats à l'aide d'indicateurs concis permet aux urbanistes de gagner du temps.
BIMROCKET est une plateforme open source pour la gestion de projets de modélisation des données du bâtiment (BIM), une méthode de travail collaborative pour le secteur de la construction. Il permet de visualiser et de modifier des modèles de bâtiments et de stocker des projets BIM dans une base de données OrientDB.
Communiquer les projets de développement immobilier urbain avec l'aide de jumeaux numériques
Fällanden a réalisé un projet de développement de la municipalité et souhaitait offrir à sa population une visualisation réaliste et interactive permettant de montrer clairement le contexte des nouveaux bâtiments prévus. La clarté ainsi obtenue a permis un processus de décision plus participatif et plus rapide.
Mise à disposition d'un espace de travail de co-création pour un large éventail de parties prenantes dans le cadre d'un grand projet de développement urbain, afin d'analyser l'impact du développement par le biais de simulations et d'analyses.
L'idée de base du jumeau numérique de Sello est qu'il a la même apparence et le même comportement que la réalité, mais qu'il n'est qu'une copie numérique du point de vue de l'énergie. Le cas d'utilisation peut être utilisé pour l'optimisation énergétique ou les cas d'utilisation de centrales électriques virtuelles (VPP).
Un espace public intelligent et connecté recueille des données dans les zones publiques et les affiche ou y réagit. Les données peuvent être transférées en toute sécurité via le Wi-Fi ou d'autres technologies similaires pour être, par exemple, combinées à un système central.
Selon la directive sur la performance énergétique des bâtiments (EPBD), les bâtiments sont responsables d'environ 40 % de la consommation d'énergie et de 36 % des émissions de CO2 dans l'UE.
Internet des objets (IdO) amélioré / interopérable
L'internet des objets (IdO) est une avancée technologique en constante et rapide évolution qui vise à accroître la connectivité de nos activités quotidiennes. L'IdO permet de prendre des décisions plus efficaces et plus éclairées grâce à une meilleure analyse des données et à une interconnexion accrue.
La résilience urbaine est la capacité d'un système urbain et de tous ses composants à travers les échelles temporelles et spatiales à maintenir ou à retrouver rapidement les fonctions souhaitées face à une perturbation.
